[发明专利]一种锂离子电池正极浆料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电池的制备方法，具体涉及一种锂离子电池正极浆料及其制备方法和应用。

背景技术

正极是锂离子电池最重要的组成部分，决定了电池的核心电化学性能。然而，正极材料的导电性通常较差，选择高倍率性能的材料仅代表正极材料颗粒内部的离子传导相对较好，颗粒外部的传导还需要依靠导电剂以及导电剂在正极颗粒表面的分布决定，而导电剂的优化分布需要通过正极浆料的制备工艺实现。

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构碳质材料。由于其出色的导电和导热性能，石墨烯作为正极浆料的导电剂开始受到关注。但由于石墨烯本身的超大比表面积及极强的吸水性能，导致石墨烯在用于制备正极浆料时，出现分散难、易于团聚的困难。传统的锂离子电池制作工艺中分散石墨烯的方法中会添加类似于PVP等有助于石墨烯分散的分散剂，但是这类分散剂的引入可能会给制成的电池的性能带来不可预知的负面影响。

Sukeun Yoon.等人在Journal of Electroanalytical Chemistry(2012)上报道了一种高能机械球磨制备LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂–石墨烯复合物的方法，该方法先将LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂和石墨烯按9:1的质量比混合，然后在异丙醇中预混后，经过滤、干燥，再进行机械球磨，得到LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂–石墨烯复合物。所得LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂–石墨烯复合物再和炭黑、含聚偏氟乙烯(PVDF)的NMP混合制备得到正极浆料，所得正极浆料的比容量高达180mAh/g，然而，该方法对设备要求高，石墨烯在正极浆料中占比高、用量大，且需要采用异丙醇作为分散剂，混合工艺较为复杂，成本较高，不适合应用于工业大量制备。

因此，有必要提供一种制备简单，高导电性、高容量、高功率的电池正极浆料及其制备方法和应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池正极浆料及其制备方法和应用。

本发明提供的锂离子电池正极浆料及其制备方法采用具有高导电性能的石墨烯做为导电剂，补偿了正极活性物质的电子导电性能，提高了正极极片的电解液吸液量，增加了反应界面，减少了极化。

本发明提供的锂离子电池正极浆料制备出的电池具有优秀的充放电循环寿命，并且具有较高的功率和安全性能。

本发明所制备的电池适用于混合动力车，电讯网络，太空和防卫装备等领域。

第一方面，本发明提供了一种锂离子电池正极浆料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将溶剂和油性粘结剂搅拌混匀，得到混合物A，其中，所述溶剂占所述锂离子电池正极浆料总质量的32％～43％，所述油性粘结剂占所述锂离子电池正极浆料总质量的1％～1.5％；

(2)25℃～40℃条件下，在混合物A中加入石墨烯，并搅拌混匀2～4小时，得到混合物B，其中，加入的石墨烯占所述锂离子电池正极浆料总质量的1％～1.5％；

(3)在混合物B中加入镍钴铝酸锂粉末，并搅拌2～4小时，得到正极浆料，其中，加入的镍钴铝酸锂粉末占所述锂离子电池正极浆料总质量的55％～65％，在搅拌期间，加入草酸调节浆料的PH值为8～9.5。

在本发明一实施例中，所述步骤(1)中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，但不限于此。

在本发明一实施例中，所述步骤(1)中，所述油性粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)。

在本发明一优选实施例中，所述步骤(1)中，所述PVDF的分子量为36万～63万，聚合度为15万～25万。

本发明采用的聚偏氟乙烯更易溶解在溶剂中，可以分散更多的活性物质，可以使溶液保持更长时间的稳定性。

在本发明一实施例中，所述步骤(1)中，所述溶剂和油性粘结剂搅拌混匀得到混合物A的条件包括：搅拌速度为3000～5000r/min，搅拌2～4小时。

在本发明一实施例中，所述步骤(2)中，所述石墨烯包括单层的石墨烯或两层以上且一百层以下的多层石墨烯。所述单层的石墨烯是指具有sp2键的1原子层的碳分子片。